Ключевые стабилизаторы напряжения.

Основным недостатком компенсационных стабилизаторов напряжения является КПД, в лучшем случае достигающий 70%.

Достоинство – высокая стабильность и низкий уровень шумов.

Для уменьшения мощности, рассеиваемой в регулирующем транзисторе, его используют в ключевом режиме, применяя при этом L-C – фильтр.

ИОН – источник опорного напряжения

СУ – сравнивающее устройство

КЭ – ключевой элемент

τ1

τ2

Различают три вида импульсных источника питания:

1. Понижающий.

2. Повышающий.

3. Инвертирующий.

1. Понижающий.

Т.к. Uвых ≤ Uвх => понижающий

Есть два способа управления состоянием ключа:

1. ШИМ – когда изменяется длительность импульса или длительность замкнутого состояния ключевого элемента при неизменном периоде или частоте. Модулируется ширина импульса.

2. Заключается в неизменности длительности импульса при изменении периода ЧИМ. В редких случаях совмещается и та и та модуляции. Наиболее распространена широтноимпульсная модуляция. Это объясняется меньшим количеством помех, создаваемых источником. Т.о. под схемой управления СУ будем понимать ШИМ.

1. Повышающий.

3 . Инвертирующий.

Изменяя ШИМ можно изменять на выходе напряжение. Импульсные источники питания - это трансформаторы.

Рассмотрим каждый преобразователь в отдельности.

Понижающий стабилизатор.

В ременные диаграммы работы:

В качестве регулирующих транзисторов для понижающего стабилизатора могут использоваться любые:

Когда VT открыт проще управлять 1 и 3. Когда VT открыт дроссель аккумулирует энергию, конденсатор заряжается, VD – закрыт и ток нагрузки определяется током через дроссель. Это происходит в интервал времени tu. В интервал to – транзистор закрыт, ток через дроссель в том же направлении. Конденсатор и дроссель поддерживает ток в нагрузке в течение интервала времени tо. Поскольку запасенная энергия конденсатора должна быть равна расходуемой можно записать:

, где D – коэффициент заполнения

В интервале tо скорость изменения тока в индуктивности.

В конце интервала tu ток в дросселе достигает пикового значения:

Конденсатор С начинает потреблять дополнительный ток когда ток в дросселе больше выходного тока. В интервал времени tо ток в дросселе уменьшается, протекая при этом через открывшийся диод. Ток в дросселе уменьшается со скоростью UL/L

Дроссель питает конденсатор и нагрузку до тех пор пока , после чего нагрузка получает питание от конденсатора С. Если VT включится в момент времени когда ток через индуктивность спадает до нуля , тогда максимальный выходной ток составляет половину пикового.

Расчет L. Катушка индуктивности должна обеспечить максимальный выходной ток в течение времени tо, когда транзистор VT заперт. При этом , а значение индуктивности будет равняться:

Если 100 кГц tо = 5 мкс In = 1 А Uвых = 10 В

Тогда L = какие-то сотые мкГн.

Расчет емкости. Значение емкости может быть найдено из следующих соображений. Конденсатор поставляет ток в нагрузку тогда когда IL меньше тока нагрузки. Это примерно половина tо и половина tu.

учитывая что , получим до Вт.